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Casabella et al., ACT 3, 95-107, 2012
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Impacto del cambio climático sobre la intensidad del
afloramiento en la costa gallega
N. CASABELLA
1*, J.J. TABOADA
2 y M.N. LORENZO
1
*[email protected] 1EPhysLab, Facultade de Ciencias, Universidade de Vigo, España
2MeteoGalicia. Xunta de Galicia. Santiago de Compostela, España
RESUMEN
Galicia está situada en el extremo norte del sistema de afloramiento de Canarias. Este
fenómeno es muy relevante tanto para la dinámica propia del medio marino como desde
un punto de vista socioeconómico, puesto que la fertilización de las aguas costeras hace
que la productividad de las mismas aporte un importante valor añadido a la sociedad.
Sin embargo, el cambio climático en el que estamos inmersos en la actualidad puede
hacer cambiar la intensidad de este fenómeno y tener por lo tanto repercusiones en el
futuro. El objetivo de este trabajo será el estudio de las posibles tendencias del
afloramiento costero en las próximas décadas usando para ello los resultados de 3
modelos regionales de cambio climático ejecutados en el marco del proyecto europeo
ENSEMBLES. Los resultados de los modelos muestran una tendencia positiva en el
afloramiento hacia el futuro durante los meses de primavera y verano en la costa
atlántica. Sin embargo se deben tomar estos resultados con cautela puesto que en el
clima actual las estimaciones de los modelos están en general por debajo de las
estimaciones realizadas por los reanálisis, si bien en ambos casos se observa una
ausencia de tendencias en el clima actual.
Palabras Clave: índice de afloramiento, modelo de circulación general, modelos
regionales, reanálisis.
________________________________
1. Introducción
Los mares costeros son entre dos y
cinco veces más productivos
biológicamente que el mar abierto y
aunque no todas las aguas por debajo de
la superficie son ricas en nutrientes y
por consiguiente no todos los
fenómenos de afloramiento conllevan
una mayor proliferación biológica, en
gran parte esta mayor productividad
biológica se debe a fenómenos de
afloramiento. De hecho, alrededor del
90% de las zonas de pesca del mundo se
concentran en el 2-3% del área total de
los océanos, mayoritariamente zonas
donde se producen fenómenos de
afloramiento costero. Conocer en
profundidad cómo, cuándo y dónde se
producen los fenómenos de
afloramiento es por lo tanto de gran
utilidad, principalmente para la
actividad pesquera (Álvarez, 2005).
Galicia cuenta con una línea de costa
con más de 1600 km, bañada por el mar
Cantábrico y el océano Atlántico. El
afloramiento en la costa gallega forma
parte de un sistema general que se
extiende a lo largo de la costa este del
Atlántico norte desde aproximadamente
7.5 hasta 44 ºN (Wooster et al., 1976).
Para su estudio, la costa gallega se
puede dividir en tres regiones, la costa
oeste que se extiende desde el norte de
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Portugal hasta Cabo Fisterra, con un
ángulo de aproximadamente 90º relativo
al Ecuador; la costa intermedia desde
Cabo Fisterra hasta Estaca de Bares,
con un ángulo aproximado de 55º; y la
costa norte, aproximadamente paralela
al Ecuador.
El estudio de la dirección e intensidad
del viento es muy importante para
caracterizar el afloramiento. Entre abril
y septiembre, los vientos predominantes
del norte son favorables al afloramiento
(Wooster et al., 1976; Bakun y Nelson,
1991), e inducen al desplazamiento de
aguas superficiales hacia el océano
abierto y a la renovación por aguas
profundas, normalmente más frías y
ricas en nutrientes. Además de este
afloramiento de primavera-verano, este
fenómeno también puede ocurrir en
invierno (Álvarez et al., 2003). Este
afloramiento en invierno ocurre bajo las
mismas condiciones que en verano, por
lo que tiene lugar con menor frecuencia.
Según Bakun (1990), debido al
calentamiento global y al aumento de
los gases de efecto invernadero, se
producirá un mayor gradiente térmico
entre las masas continentales y
oceánicas que dará lugar a una
intensificación de los vientos favorables
al afloramiento, por lo que se
intensificará el afloramiento en los
sistemas costeros de Canarias,
California, Benguela y Perú. En este
trabajo, Bakun (1990) también mostró
que en el período de 1945 a 1985 hubo
una intensificación de los vientos en los
sistemas de afloramiento costero de
California, Perú y Canarias (Marruecos
e Iberia). Los registros en núcleos de
sedimentos de Marruecos muestran un
enfriamiento anómalo y sin precedentes
del agua de la superficie del mar
durante el siglo XX, lo cual es
consistente con un aumento del
afloramiento en el sistema de Canarias
(McGregor et al., 2007). En contra de
este resultado, varios estudios recientes
de tendencias en vientos y temperaturas
sugieren una reducción del afloramiento
en la costa oeste ibérica (extremo norte
del sistema de afloramiento de
Canarias) (Lemos y Pires, 2004; Lemos
y Sansó, 2006; Álvarez et al., 2008;
Álvarez-Salgado et al., 2008). Además,
Ruiz et al. (2009), indican una
disminución de la intensidad y duración
del afloramiento en los últimos 40 años
debido a los cambios en el régimen de
vientos, con una reducción significativa
de la duración del período favorable al
afloramiento en un 30% y de su
intensidad en un 45%.
Los objetivos del presente trabajo son
examinar la intensidad del afloramiento
en el período 2061-2090 y compararla
con la del período 1961-1990, y ver si
los modelos corroboran en el clima
actual los cambios que algunos autores
han observado. Para ello se hará uso de
modelos climáticos a nivel regional,
concretamente de los resultados
obtenidos en el proyecto ENSEMBLES.
Se estudiarán los valores del índice de
afloramiento (UI) en nueve puntos de la
costa gallega según tres modelos
regionales (RCM) y se analizará la
tendencia tanto anual como mensual y
en los distintos períodos de
afloramiento (abril-septiembre) y no
afloramiento (octubre-marzo). Esto se
hará para las últimas décadas del
presente siglo (2061-2090) y se
comparará con los valores de las
últimas décadas del siglo pasado (1961-
1990). A continuación se examinará la
serie completa entre 1961 y 2090 para
evaluar las tendencias en dicho período.
Además, para el período 1961-1990, se
analizará la validez de los resultados de
los modelos RCM’s conducidos por
modelos de circulación general
comparándolos con los datos de dichos
modelos regionales cuando son
conducidos por los datos del reanálisis
ERA-40, que equivaldría a la situación
real.
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2. Materiales y Métodos
Nuestro estudio se centrará tal y como
comentamos en la introducción en el
afloramiento que tiene lugar en Galicia.
Dicha zona está situada en la región
más occidental del continente europeo,
en el extremo noroeste de la península
Ibérica. Sus costas están bañadas por
aguas del Océano Atlántico en el oeste
y el Mar Cantábrico al norte.
Para hacer el presente trabajo se
utilizaron los resultados de los modelos
del proyecto ENSEMBLES, que tiene
como uno de sus objetivos desarrollar
un conjunto de predicciones de cambio
climático para el futuro teniendo en
cuenta los últimos desarrollos de
modelos tanto de circulación general
(GCM’s) como regionales (RCM’s). En
dicho proyecto se ejecutaron una serie
de modelos climáticos a nivel regional,
conducidos por diferentes modelos
climáticos a nivel global.
Los modelos han sido ejecutados bajo el
escenario A1B o intermedio de cambio
climático, que supone un crecimiento
económico muy rápido, con una
población mundial que alcanza un
máximo a mediados de siglo y que
después desciende, con una rápida
disponibilidad de tecnologías más
eficientes y con menor consumo
energético y además supone una rápida
convergencia entre las distintas regiones
del mundo, facilitada por las mejores
comunicaciones. La política energética
supuesta en este escenario adopta un
equilibrio entre todos los tipos de
fuentes de energía, sin depender
demasiado de una en particular y
supone que la razón de mejora es
similar en las tecnologías de suministro
de las mismas.
En concreto, para el desarrollo de este
trabajo se han utilizado tres modelos
regionales (RCM’s) conducidos por un
único modelo global (GCM). Como
GCM para conducir los diferentes
RCM’s se eligió el ECHAM5,
desarrollado por el Instituto Max Planck
de Meteorología de Hamburgo, cuyos
resultados en las latitudes medias del
Atlántico norte son muy destacables
(van Ulden and van Oldenborgh, 2006).
Los modelos RCM escogidos fueron el
RACMO, desarrollado en el Real
Instituto Meteorológico de Holanda; el
REMO, del Instituto Max Planck de
Meteorología de Hamburgo; y el RCA,
desarrollado en el Rossby Centre del
Centro Meteorológico de Suecia. Por
último, compararemos los resultados de
estos modelos conducidos por el
ECHAM5 con los obtenidos cuando las
condiciones de contorno de los mismos
son dadas por el reanálisis ERA-40.
Los datos que se analizarán para el
estudio serán las componentes zonal
(WU) y meridional (WV) de la
velocidad del viento, para así poder
calcular las componentes del transporte
de Ekman y el índice de afloramiento.
Se entiende por índice de afloramiento
(UI) a la cantidad de agua desplazada a
lo largo de un transecto paralelo a la
costa, perpendicularmente a la misma,
de forma que índices positivos indican
transportes desde la costa e índices
negativos hacia la costa. Este análisis se
hará para el período de 1961 a 2090.
A partir de los datos de viento se han
calculado las componentes del
transporte de Ekman (Qx, Qy) en nueve
puntos situados a lo largo de la costa
gallega (Figura 1) para los períodos
anteriormente indicados. Los tres
primeros puntos se han situado en la
costa oeste (41.93 ºN, 350.96 ºE; 42.42
ºN, 350.99 ºE; 42.75 ºN, 350.74 ºE).
Otros tres puntos se han situado en la
costa intermedia, entre el Cabo Fisterra
y Estaca de Bares (43.18 ºN, 350.60 ºE;
43.52 ºN, 351.31 ºE; 43.83 ºN, 351.90
ºE). Los tres últimos se encuentran en la
costa norte desde Estaca de Bares hasta
el comienzo de la costa de Asturias
(43.84 ºN, 352.33 ºE; 43.67 ºN, 352.99
ºE; 43.67 ºN, 353.66 ºE).
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Fig. 1. Puntos del área de estudio.
El cálculo de UI dependerá de la
orientación de la costa que se esté
considerando. En zonas costeras la
circulación debida al viento es compleja
debido a la influencia de la tierra ya que
la línea de costa no es regular. Esto hace
que el afloramiento no sea totalmente
uniforme a lo largo de la costa (Lazure
& Jegou et al., 1998).
Los valores del transporte de Ekman
fueron calculados de acuerdo con
Bakun (1973):
(1)
(2)
donde Qx y Qy son los transportes de
Ekman a lo largo de los ejes x e y,
respectivamente, en m3s
-1km
-1, ρ es la
densidad del agua (1025 kg m-3
), f es el
factor de Coriolis (dependiente de la
latitud) en s-1
, y τx y τy son las
componentes de la fuerza del viento
sobre el mar, que fueron calculadas
usando las siguientes ecuaciones:
(3)
(4)
donde ρa es la densidad del aire (1.2 kg
m-3
) y Cd es el coeficiente de arrastre
adimensional (1.4·10-3
).
Una vez obtenidos los valores de Qx y
Qy, el índice de afloramiento puede ser
calculado como la componente del
transporte de Ekman en la dirección
perpendicular a la línea de costa
(Bakun, 1973; Nykjaer and Van Camp,
1994; Gómez-Gesteira et al., 2006)
mediante la siguiente fórmula:
(5)
donde
, y φ es el ángulo del
vector unitario perpendicular a la línea
de costa apuntando hacia la tierra con el
Ecuador. Las unidades del índice de
afloramiento serán las mismas que las
del volumen de agua transportado, m3s
-
1km
-1.
Para el cálculo de la significancia
estadística de las tendencias en el
afloramiento se ha utilizado el test de
Mann-Kendall.
3. Resultados
Para realizar los cálculos del índice de
afloramiento se comenzó utilizando los
modelos RCM’s considerando como
condiciones de contorno los reanálisis
ERA-40, que son denominadas
condiciones de contorno perfectas. Esto
quiere decir que los resultados
obtenidos podríamos tomarlos como
condiciones muy cercanas a la realidad.
En la Figura 2 se muestra el índice de
afloramiento del período 1961-1990
correspondiente a los 9 puntos
indicados en la Figura 1. En general
puede observarse como los meses en los
que el índice de afloramiento es
positivo, es decir, en los que se produce
afloramiento, tienen lugar en las Rías
Baixas entre abril y octubre, que es
cuando los vientos tienen más
probabilidades de soplar de componente
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norte. Este margen se va estrechando a
medida que nos movemos hacia el
norte, puesto que entre Bares y Fisterra
el viento más favorable para el
afloramiento sería el nordeste que
típicamente sucede con la frecuencia
necesaria solamente en los meses de
verano, y en la costa cantábrica, en la
que se necesitan vientos de componente
este.
Fig. 2. UI mensual de los RCM’s conducidos
por el reanálisis ERA-40 en los 9 puntos de la
Figura 1 durante el período 1961-1990.
Para estudiar el efecto del cambio
climático sobre estos índices de
afloramiento, estudiamos las tendencias
del valor promedio anual de este valor
en los puntos 2, 5 y 8 de la Figura 1
representando a las 3 costas de Galicia
(Figuras 3 (a-c)). En estas gráficas se
muestra el afloramiento promedio anual
para los distintos RCM’s considerando
tanto condiciones de contorno
generadas por el modelo ECHAM5
como generadas por el reanálisis ERA-
40. Se puede apreciar que en general no
existen tendencias significativas en los
índices de afloramiento durante el
período (1961-1990) cuando los RCM’s
son conducidos por los datos del
reanálisis. También se observan con
claridad las diferencias entre ambos
promedios, indicando que los modelos
de circulación general presentan un
sesgo en el clima actual, que
posiblemente pueda mantenerse en el
futuro. En general este sesgo indica que
los modelos tienden a subestimar la
intensidad del afloramiento. Donde los
valores son más parecidos es en las Rías
Baixas. Además visualmente se puede
intuir una cierta tendencia positiva en
los RCM’s conducidos por ECHAM5.
Sin embargo esta tendencia no es
estadísticamente significativa.
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Fig. 3a. UI anual para el período 1961-1990 con el modelo RACMO conducido por el modelo ECHAM5
y por el reanálisis ERA-40.
Fig. 3b. UI anual para el período 1961-1990 con el modelo RCA conducido por el modelo ECHAM5 y
por el reanálisis ERA-40.
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Fig. 3c. UI anual para el período 1961-1990 con el modelo REMO conducido por el modelo ECHAM5 y
por el reanálisis ERA-40.
Para ver las diferencias en promedio
entre el afloramiento que dan los
modelos conducidos por el reanálisis y
el que dan los modelos conducidos por
el ECHAM5 para los diferentes puntos,
se presenta la Tabla 1 en donde se
muestra el caso particular del modelo
RACMO. En ella podemos ver, al igual
que en la Figura 3 (a), que en todos los
puntos el modelo conducido por
ECHAM5 tiende a subestimar el índice
de afloramiento, siendo la menor
diferencia entre uno y otro caso en los
puntos de las Rías Baixas. Esta
diferencia sería como el ‘bías’ o sesgo,
que eventualmente se podría aplicar al
estudio para los resultados del futuro.
TABLA 1. Promedio del UI anual (m3s
-1km
-1) para el período 1961-1990 del reanálisis ERA-40 y del
modelo RACMO conducido por el modelo ECHAM5.
En la Figura 4(a-c) se muestran las
gráficas del índice de afloramiento
anual en el período 1961-2090 según los
tres modelos RCM utilizados: RACMO,
RCA y REMO, conducidos por el
modelo ECHAM5. Estos cálculos se
hicieron para los puntos 2, 5 y 8
indicados en la Figura 1. Según vemos
en las tres figuras, los tres modelos
muestran bastante variabilidad
interanual pero se observa una
tendencia positiva en el índice de
afloramiento de cara al futuro. Es
destacable que el RCA (Figura 4b)
ERA-40 ECHAM5 Diferencia
Punto 1 155,57 116,96 38,61
Punto 2 43,04 -9,53 52,57
Punto 3 74,53 8,07 66,47
Punto 4 111,34 -147,08 258,42
Punto 5 -24,52 -315,75 291,24
Punto 6 -117,27 -383,73 266,46
Punto 7 -194,43 -535,16 340,73
Punto 8 -205,83 -489,07 283,23
Punto 9 -252,16 -502,21 250,05
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indica unos valores del UI entre 100 y -
600 m3s
-1km
-1, mientras que RACMO
(Figura 4a) y REMO (Figura 4c) varían
entre 300 y -800 m3s
-1km
-1. Además,
RACMO y REMO indican que el UI en
las Rías Baixas es el más alto de las tres
zonas, seguido del de Fisterra-Bares y
por último el de la Costa Norte. Sin
embargo el RCA indica que hasta el año
2030 el UI de Fisterra-Bares está por
debajo del de la Costa Norte, y a partir
de ese año será mayor el UI en Fisterra-
Bares.
Fig. 4a. UI para el período 1961-2090 según el modelo RACMO conducido por el modelo ECHAM5 en
el escenario A1B.
Fig. 4b. UI para el período 1961-2090 según el modelo RCA conducido por el modelo ECHAM5 en el
escenario A1B.
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Fig. 4c. UI para el período 1961-2090 según el modelo REMO conducido por el modelo ECHAM5 en el
escenario A1B.
Si dividimos el período anual en
período de afloramiento y período sin
afloramiento de acuerdo a lo dicho en la
sección 2, podemos ver en la Figura 5
(a-b), para el caso particular del modelo
RACMO conducido por el modelo
ECHAM5, que el aumento más acusado
del afloramiento se produce en el
período que va de abril a septiembre,
mientras que entre octubre y marzo tan
solo se predicen pequeños aumentos en
los índices de afloramiento en la costa
de Fisterra-Bares y en la costa Norte
para el período 1961-2090.
Fig. 5a. UI entre abril y septiembre para el período 1961-2090 según el modelo RACMO conducido por
el modelo ECHAM5.
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Fig. 5b. UI entre octubre y marzo para el período 1961-2090 según el modelo RACMO conducido por el
modelo ECHAM5.
A modo de resumen de los resultados
presentados en las figuras 3-5 se incluye
una tabla (Tabla 2) en la que se pueden
ver los valores de la tendencia decadal
en el afloramiento. Solamente se
incluyen aquellos valores que resultan
estadísticamente significativos según el
test de Mann-Kendall. En esta tabla se
puede ver que en los períodos no
favorables al afloramiento no se ven
tendencias significativas, que sí lo son
en todos los casos en el período entre
Abril y Septiembre. Esto quiere decir
que el afloramiento promedio anual se
incrementará debido al incremento en la
parte del año favorable a este fenómeno.
abril-sept oct-mar anual
RACMO 15,10 - 8,01
RB RCA 11,34 - 7,39
REMO 13,74 - 8,87
RACMO 28,86 - 17,45
FIST-BARES RCA 20,40 - 12,18
REMO 26,14 - 17,73
RACMO 17,82 - 12,52
NORTE RCA 8,54 - 5,86
REMO 15,22 - 11,29
TABLA 2. Tendencias del UI (m3s
-1km
-1) por década para el período 1961-2090 tanto anuales como
diferenciando el período de afloramiento del período de no afloramiento. Dichas tendencias han sido
calculadas aplicando el test de Mann Kendal y son significativas al nivel 0.05.
En la Tabla 3 se representan las
diferencias en promedio entre los
índices de afloramiento de los períodos
1961-1990 y 2061-2090 para los meses
del año con afloramiento, sin
afloramiento, y en promedio anual. Los
resultados indican que las diferencias
entre el futuro y el pasado son mayores
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en los meses con afloramiento que en
promedio anual, y éstas a su vez
mayores que en los meses sin
afloramiento. Estas diferencias son más
pequeñas en la costa de las Rías Baixas.
abril-sept oct-mar anual
RACMO 152,22 5,74 79,15
RB RCA 115,52 34,07 74,89
REMO 139,25 39,92 89,72
RACMO 301,40 74,31 188,13
FIST-BARES RCA 210,17 55,08 132,80
REMO 267,06 115,70 191,56
RACMO 177,13 96,64 136,98
NORTE RCA 81,05 49,99 65,55
REMO 146,39 101,59 124,04
TABLA 3. Diferencias promedio del UI (m3s
-1km
-1) entre 1961-1990 y 2061-2090.
Por último se estudian en la Figura 6 los
resultados de las medias mensuales del
índice de afloramiento en los períodos
de 1961-1990 y 2061-2090, en todos los
puntos indicados en la Figura 1, y con el
ECHAM5 como condición de contorno.
Se muestran tan solo los resultados del
modelo RACMO porque los de los tres
modelos son muy parecidos. En las tres
áreas de estudio se pronostica que los
meses de mayor afloramiento son los de
verano, y el modelo indica que en el
futuro el índice aumentará durante estos
meses. Esto puede ser debido a que en
el futuro tengan lugar más situaciones
con vientos de componente norte. En
los demás meses del año (menos en
diciembre y enero) el índice de
afloramiento también será en el futuro
algo mayor que en el pasado, pero no
tanto como en verano, con lo que estos
incrementos podrían tener un efecto
positivo sobre el sector pesquero
gallego. La zona de Fisterra-Bares será
la que más note el aumento de dicho
índice durante el verano. Los UI más
altos promediados durante todo el año
se observan en las Rías Baixas, seguida
de Fisterra-Bares y por último la costa
Norte.
Fig. 6. UI mensual en las tres áreas de estudio
según el modelo RACMO conducido por el
ECHAM5 en el escenario A1B para el período
1961-1990 (línea continua y círculos) y 2061-
2090 (línea discontinua y rombos).
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4. Conclusiones
En el presente trabajo se han estudiado
los cambios que se esperan en la costa
de Galicia para la segunda mitad del
siglo XXI en el índice de afloramiento.
Los estudios se han hecho sobre tres
ejecuciones de modelos regionales del
proyecto ENSEMBLES bajo el
escenario A1B. Los resultados de los
modelos muestran que la tendencia del
afloramiento entre abril y octubre será a
aumentar en la costa oeste y costa
intermedia de Galicia. En la costa norte
los valores promedio del afloramiento
seguirán siendo negativos, con lo que el
fenómeno seguirá siendo más
esporádico que en la costa atlántica.
Además, las diferencias entre el clima
actual y el futuro parece que se darán
principalmente en el período entre abril
y septiembre, con lo que los modelos
regionales de ENSEMBLES indican
que bajo el escenario A1B las
condiciones de afloramiento favorables
se incrementarán. Sin embargo, al
comparar los valores del índice de
afloramiento para el pasado con los
resultados de los modelos conducidos
con el modelo ECHAM5 y los
resultados de los modelos conducidos
por los datos del reanálisis ERA-40,
observamos que en general los modelos
tienden a infravalorar el valor del índice
de afloramiento. Por otro lado, es
también necesario puntualizar que para
el período 1961-1990 los modelos no
muestran la tendencia positiva
significativa que si advierten para las
próximas décadas.
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